Unter derselben Sonne haben viele Lösungen Platz

Autorin: Ursula Ammann

Diesen Frühling machte ein kleines Dorf namens Buttes im Val de Travers von sich reden. Dort verlegte das Waadtländer Startup-Unternehmen Sun-Ways eine Photovoltaikanlage zwischen Bahnschienen. Die Module können dank eines innovativen Systems schnell angebracht und wieder entfernt werden, was Wartungsarbeiten massgeblich erleichtert. Bei der Anlage, die sich über eine Länge von 100 Metern erstreckt, handelt es sich vorerst um ein Pilotprojekt.

Ob entlang von Bahnstrecken und Autobahnen, als Überdachung von Himbeerstauden und Parkplätzen oder im alpinen Raum: Photovoltaikanlagen abseits von Dächern gewinnen immer mehr Aufmerksamkeit. Evelyn Bamberger und Markus Markstaler von der OST – Ostschweizer Fachhochschule beschäftigen sich intensiv mit dem Thema Photovoltaik. Bamberger ist Teamleiterin am SPF Institut für Solartechnik. Markstaler arbeitet am IES Institut für Energiesysteme und engagiert sich als Leiter des CAS Energie digital und des CAS Energie und Wirtschaft auch für die Weiterbildung. In beiden Zertifikatskursen erwerben Fachleute fundiertes technisches Know-how zu erneuerbaren Energiesystemen.

Teils hoher Sicherheitsaufwand erforderlich

In einem Bericht aus dem Jahr 2021 geht der Bundesrat davon aus, dass an Lärmschutzwänden entlang von Autobahnen jährlich rund 55 Gigawattstunden (GWh) Solarstrom produziert werden könnten. Dies entspricht etwa dem Jahresverbrauch von 12 000 bis 14000 Haushalten. Um diese Menge an Strom zu produzieren wären 342 Anlagen mit einer Wandlänge von rund 261 Kilometern notwendig, wie es im Bericht heisst. Von dieser Grössenordnung ist man heute jedoch weit entfernt.

Markus Markstaler sieht bei der Umsetzung solcher Projekte denn auch einige Herausforderungen. «Eine davon ist, dass Lärmschutzwände mit Solarmodulen durch ihre glatte Oberfläche den Schall umlenken würden, statt ihn zu absorbieren wie herkömmliche Lärmschutzwände mit poröser Oberfläche.» Dies schwäche den Effekt der angestrebten Doppelnutzung ab. Ein weiterer Nachteil sei die mögliche Blendeinwirkung der Module auf die Verkehrsteilnehmenden.

«Die Blendeinwirkung ist ein Thema», fügt Evelyn Bamberger an. «Jedoch gibt es Lösungen dafür – zum Beispiel blendarme Module oder spezielle Folien.» Zudem spiele es auch eine wichtige Rolle, ob die Module der Strasse zu- oder abgewandt seien. Deshalb erachtet sie diese Herausforderung keinesfalls als Ausschlusskriterium.

Diskutiert werden auch Überdachungen von Fahrbahnen. Diese wären jedoch mit einem hohen Sicherheitsaufwand und mit Sperrungen während der Bauphase verbunden.  Evelyn Bamberger und Markus Markstaler sehen diese Variante deshalb nicht als Zukunftsmodell.

Es ist wichtig, dass wir nach Möglichkeit auch alternative Flächen nutzen und die verschiedenen Standorte nicht gegeneinander ausspielen.

Evelyn Bamberger

SPF Institut für Solartechnik, OST – Ostschweizer Fachhochschule

Auch bei Photovoltaikanlagen entlang von Zugstrecken sei bislang nicht abzusehen, dass es zu einer breiten Umsetzung komme. «Module zwischen Bahngleisen müssen höheren statischen Belastungen standhalten, Verschmutzungen sind ein relevantes Problem, und das Verlegen sowie der laufende Betrieb erfordern einen hohen Sicherheitsaufwand», erklärt Evelyn Bamberger. Entsprechende Anlagen seien deshalb eher prototypenhaft.

Schutz vor Witterung – ob für Autos oder Beeren

Der Idee hinter Photovoltaikanlagen entlang von Autobahnen oder Zugstrecken ist, bestehende Infrastruktur – insbesondere bereits versiegelte Flächen – zu nutzen, statt neue zu verbauen. Dem gleichen Prinzip folgen mit Solarmodulen überdachte Parkplätze. Ein Modell, dass sich gemäss Markus Markstaler als praxistauglich erwiesen hat und gerade stark im Kommen ist. Ein grosser Pluspunkt: Die Energie kann unmittelbar dort verbraucht werden, wo sie produziert wird. Dies gewinnt insbesondere Zusammenhang mit der Elektromobilität stark an Bedeutung. Man könnte also beispielsweise ein Auto direkt mit Strom vom Parkplatzdach laden. «Mit Solarmodulen überdachte Parkplätze bieten aber auch den grossen Vorteil, dass sie Schatten spenden und die Fahrzeuge vor Witterung schützen», sagt Markus Markstaler.

Markus Markstaler

Kursleiter CAS Elektrische Energiesysteme und CAS Energie und Wirtschaft, OST – Ostschweizer Fachhochschule

Je nach Region kann die eine oder andere Lösung mehr Vorteile bringen – das hilft uns, das volle Potenzial der Solarenergie auszuschöpfen.

Witterungsschutz ist auch einer der grossen Vorteile der Agri-Photovoltaik. Dabei werden landwirtschaftliche Flächen doppelt genutzt: zur Nahrungsmittelproduktion und gleichzeitig zur Gewinnung von Solarstrom. So kann beispielsweise eine Himbeerplantage mit Solarmodulen überdacht werden. Diese Überdachung bietet einen zusätzlichen Nutzen, wie Markus Markstaler erklärt: «Sie schützt die Pflanzen vor extremen Wetterereignissen wie Hagel und Hitze und zum Teil auch vor Schädlingen.»

In der Schweiz gibt es derzeit rund ein Dutzend solcher Anlagen. Es gehe nun darum, noch mehr über die Interaktion zwischen Anlage und Pflanze herauszufinden, sagt Markstaler. «Die Forschung steht diesbezüglich noch ziemlich am Anfang.»

Alpine Anlagen: zentraler Baustein für Stromproduktion im Winter

In der Regel produzieren Photovoltaikanlagen rund 75 Prozent der Energie im Sommerhalbjahr. Auf das Winterhalbjahr entfallen nur 25 Prozent. Genau in diesen Monaten ist der Energiebedarf aber höher – insbesondere wegen der Heizung.

Ein wichtiges Ziel ist deshalb, den Energieertrag aus erneuerbaren Energien im Winter zu erhöhen. Hierbei spielen Photovoltaikanlagen in alpinen Regionen eine zentrale Rolle. Sie produzieren in den Wintermonaten deutlich mehr Strom als Anlagen im Flachland. Unter anderem deshalb, weil sie über der Nebelgrenze liegen und so mehr Sonnenstrahlen einfangen können, aber auch, weil die Reflexion des Schnees einen vorteilhaften Effekt, den sogenannten Albedo-Effekt, auslöst. Zudem herrschen im alpinen Raum tiefere Temperaturen, was sich positiv auf die Effizienz der Anlagen auswirkt.

Evelyn Bamberger weist auf Unwägbarkeiten wie Schneeverwehungen hin, die eine Herausforderung darstellen können. Nichtsdestotrotz sieht sie viel Potenzial in alpinen Solaranlagen. «Sie sind zwar kein Allheilmittel, aber ein wichtiger Baustein.» Auch Markus Markstaler hält alpine Solaranlagen im Hinblick auf die Stromproduktion im Winter für sehr bedeutend. «Allerdings ist das Bauen in alpinen Lagen sehr aufwendig und kostenintensiv, zumal es gilt, Zufahrtswege zu erschliessen und eine neue Netzinfrastruktur zu erstellen», sagt er. Einen Vorteil bieten diesbezüglich Solaranlagen an Staumauern. Weil diese Mauern meist Teil von Wasserkraftwerken sind, ist der Netzanschluss bereits vorhanden. «Je nachdem, wo sich die Staumauer befindet, kann der Bau aber auch hier sehr aufwändig sein», fügt Markstaler an. 

Am wenigsten Aufwand und Kosten verursachen Photovoltaikanlagen auf freien Flächen. «In der Schweiz spielt diese Variante jedoch kaum eine Rolle, weil sie oft mit Platzverschwendung gleichgesetzt wird», sagt Evelyn Bamberger. Jedoch seien Freiflächen-Anlagen in bestimmten Fällen durchaus sinnvoll – etwa als temporäre Nutzung auf brachliegenden Industriearealen.

Bunte Mischung zulassen

Das grösste Solarpotenzial liegt nach wie vor auf Gebäuden – vor allem auf Dächern, aber auch auf Fassaden. Gemäss Bundesamt für Energie könnten dort jährlich 67 Terawattstunden (TWh) Solarstrom produziert werden, wenn alle geeigneten Flächen genutzt würden. Der Branchenverband SWISSOLAR rechnet sogar mit einem noch höheren Potential  – 55 TWh allein auf Dächern und 18 TWh auf Fassaden. Beide Berechnungen entsprächen mehr als dem aktuellen Gesamtstromverbrauch der Schweiz. Rein rechnerisch liessen sich die derzeitigen Strombedürfnisse also vollständig durch Sonnenenergie decken – wenn man saisonale Schwankungen ausser Acht lässt. Braucht es unter diesen Umständen überhaupt Solaranlagen an alternativen Standorten wie Staumauern oder Lärmschutzwänden?

Für Evelyn Bamberger schliesst das eine das andere nicht aus. «Es ist wichtig, dass wir nach Möglichkeit auch alternative Flächen nutzen und die verschiedenen Standorte nicht gegeneinander ausspielen», betont sie. Auch Markus Markstaler plädiert für eine bunte Mischung. «Je nach Region kann die eine oder andere Lösung mehr Vorteile bringen – das hilft uns, das volle Potenzial der Solarenergie auszuschöpfen.»

Für beide Fachpersonen steht fest: Es geht nicht um ein Entweder-Oder, sondern um ein sinnvolles Zusammenspiel aller Möglichkeiten.